[发明专利]用于冲压机的模具组件

说明书

提供了一种用于冲压机的模具组件。模具组件包括第一模板、第一弯模加强件和第一模座。第一模板可被配置为将材料的至少一部分形成为期望配置。第一弯模加强件可在第一弯模加强件的第一弯曲侧上固定至第一模板。第一模座可被固定至第一弯模加强件的第二侧。第一模座可操作地被配置为安装在第一压座上。

技术领域

本公开涉及冲压金属板的制造，且具体涉及冲压机中用于形成冲压双极板的模具。

背景技术

冲压工艺对于批量生产是众所周知的。然而，传统的冲压工艺需要大量的时间来设计模具和优化工艺条件，且流动通道尺寸的小型化使工艺更复杂。起皱和断裂是金属双极板冲压工艺中的主要缺陷。另外，金属双极板的通道深度的非期望尺寸可变性面临性能问题以及其它问题。

流动通道的尺寸和冲压工艺的条件对冲压工艺的可成形性起着重要的作用。对尺寸设计的研究得到了广泛的发展。然而，注意力主要集中在通道尺寸的影响和流动通道的效率上，而对形成流动通道的影响则关注不多。

众所周知，通过在称为模具组件的冲压机工具的两个半部(上半部和下半部)之间形成、修整、冲切或刺穿金属薄片或线圈形式来制造冲压部件。上部构件或多个上部构件附接至冲压机的滑块或多个滑块，且下部构件夹紧或用螺栓连接至机座或垫板。模具被设计用于形成部件的形状和大小。模具的两个半部在冲压机中合在一起。为了实现可重复性和容差要求，力(负载)和精度两者均是必需的。

用于冲压机中的模具组件是一种特殊的、独一无二的精密工具，其将金属薄片46切割并形成为期望的形状或轮廓-诸如具有流动通道和金属珠的双极板。模具的切割和成形区段通常是由称为工具钢的特殊类型的可硬化钢制成。模具还可包含由碳化物或各种其它坚硬耐磨材料制成的切割和成形区段。

大多数冲压模具是由几个基本部件构成，这些基本部件可包括模板、模座、模具组、导向销、衬套、垫块、垫板、螺钉、销钉和键槽。模具还需要剥离器、压力和拉伸垫以及用于固定它们的装置：线轴、肩部螺栓、保持件和保持器以及气体、线圈或聚氨酯弹簧。

模板、模座和模具组是对应于模具尺寸的钢或铝板。模座用作安装工作模具部件的基础。大多数模座都是由钢制成。铝也是流行的模座材料。铝的重量是钢的三分之一，其可很快加工，且可向其添加特殊合金以使其具有比低碳钢更高的抗压强度。铝也是用于吸收冲击的一种非常好的金属材料，这对冲切模具来说是很好的选择。上部模座和下部模座用导向销组装在一起，以形成模具或模具组件。导向销(有时也称为导向柱或支柱)与导向衬套一起使用，以便在冲压机中将上部模座和下部模座准确地对准。

再次参考图1，示出了传统的双极板。双极板将燃料电池堆中的单元电池分开，并且同时用作单元电池之间的电流路径(用于传递所产生的电力的路径)。双极板110通常可具有矩形形状。双极板110具有反应区域130，其具有用于空气、氢气和冷却剂的流场131。反应区域130的相对端部分别具有入口歧管孔132和出口歧管孔134，空气、氢气和冷却剂分别通过入口歧管孔和出口歧管孔进入和离开。

形成在双极板110中的流场或流动通道112用作用于将反应物气体传递至GDL的路径、用于冷却剂通过的路径以及用于将通过电化学反应产生且通过GDL排放的水排放至外部的路径。然而，由冲压机制造的金属双极板110难以以非常严格的容差实现最佳的复杂形状。

如所指示，双极板通过经由冲压机在金属板中形成浮雕/图案(流动通道和珠)而制造。两个双极板然后彼此联接。因此，冷却剂在由双极板的接触所限定的通道空间中流动，且气体扩散层(GDL的)被设置在双极板的两侧，使得氢气和氧气在GDL与双极板之间限定的相应通道空间中流动以便传递反应气体。然而，由于在冲压工艺期间施加在金属板上的较大的力，模具组件(上部模具组和/或下部模具组)的中心区域52将倾向于相对于外部区域50塌陷。这导致在冲压工艺中施加的负载不均匀，由此在流动通道和金属珠内引起非期望不均匀的深度。如前指示，双极板的高效性能要求均匀的通道深度以及均匀的珠深度。